JP4151144B2 - クロマトグラフ質量分析装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）や液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）などのクロマトグラフ質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＣ／ＭＳは、クロマトグラフカラムで試料成分を時間的に分離し、分離された各成分をそれぞれイオン化して質量数に応じて分離して検出する構成を有している。質量数を横軸に、検出したイオン強度を縦軸にとることによりマススペクトルが作成され、或る質量数に着目して時間（つまり試料成分の分離方向）を横軸に、イオン強度を縦軸にとることによりマスクロマトグラムが作成され、更には質量数を問わずに、時間を横軸に、イオン強度を縦軸にとることによりトータルイオンクロマトグラム（ＴＩＣ）が作成される。なお、以下の説明では特に明記しない限り、クロマトグラムとはトータルイオンクロマトグラムのことを指すものとする。
【０００３】
ＧＣ／ＭＳでは、カラムに導入された分析対象の試料成分の分子から生成したイオンのみを検出することが好ましいが、実際には、様々な原因によりマススペクトルには不所望のピークが現れる。これらはバックグラウンドノイズと総称されており、このようなノイズを目的試料成分によるピークであると誤って認識してしまうと定性分析や定量分析に支障をきたすため、信号処理によってこうしたバックグラウンドノイズを除去することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバックグラウンドノイズ除去の手法は次の通りである。通常、カラム入口に試料を注入した後、最も早くカラム出口に到達するのは溶媒であって、目的成分はそれから遅れて到達する。そこで、目的成分がカラムから溶出する前又は後（つまりクロマトグラム上でほぼベースラインとなっているとき）に取得されるマススペクトルデータをメモリに格納し、これをバックグラウンドノイズであるとして、目的成分が溶出する期間に順次取得されるマススペクトルデータから一様に減算している。
【０００５】
しかしながら、このような方法では、例えば以前に測定した試料成分がカラムに残存していて、次の測定時に溶媒中に溶け出して目的成分のピーク近傍に重なって溶出した場合、或いは、試料溶液中の溶媒自体に不純物が混合しており、その不純物によるピークが目的成分のピーク近傍に重なって溶出した場合に、そのような不所望のピークを除去することはできず、定性分析や定量分析の支障になることがある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、バックグラウンドノイズをより的確に排除して正確なクロマトグラムを得ることができるクロマトグラフ質量分析装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明に係る第１のクロマトグラフ質量分析装置は、
a)目的試料の測定に先立って、試料成分を含まない前記目的試料の導入時と同一の溶媒のみを導入して所定の測定条件下でクロマトグラフ質量分析を行うことにより得られたデータをノイズデータとして記憶しておく記憶手段と、
b)前記目的試料を導入して前記所定の測定条件下でクロマトグラフ質量分析を行うことにより得られたデータに対し、同一保持時間及び同一質量数におけるノイズデータを前記記憶手段から読み出して減算する演算手段と、
c)該演算手段により減算処理されたデータを基にマススペクトル又はクロマトグラムを作成するデータ処理手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係る第２のクロマトグラム質量分析装置は、上記第１のクロマトグラフ質量分析装置において、前記演算手段は、
b1)ノイズデータを基に作成されるクロマトグラムにおいて或る１つのピークを見つけて基準ピークとするピーク抽出手段と、
b2)目的試料の分析データを基に作成されるクロマトグラムにおいて前記基準ピークの保持時間近傍のピークである比較対象ピークを検出するピーク検出手段と、
b3)基準ピークと比較対象ピークとの強度差又は強度比に応じて前記ノイズデータを修正する修正手段と、
を含むことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明に係る第１のクロマトグラフ質量分析装置では、目的試料の測定に先立って、その目的試料の導入時と同一の溶媒を用い同一の測定条件でもって、少なくとも目的成分の溶出が終了すると想定されるまでの時間に亘って分析が実行される。そして、その結果得られたデータを保持時間及び質量数に対応付けて記憶手段に記憶させておく。このような予備測定によって得られるデータは、カラム内壁に付着している残留成分や溶媒に混入している不純物などによるピークを含むバックグラウンドノイズに関するデータである。
【００１０】
引き続いて目的試料がクロマトグラフ部に導入され、上記測定条件でもって分析が実行される。或る保持時間において質量分析部からデータが得られると、演算手段は、そのデータと保持時間及び質量数が同一であるノイズデータを記憶手段から読み出し、前者から後者を減算する。これにより、データ処理手段は、バックグラウンドノイズの影響を除去したマススペクトルやマスクロマトグラムを作成することができる。
【００１１】
なお、演算手段は、目的試料の分析途中で新しいデータが取得される毎に上記減算処理を行う（つまりリアルタイム処理する）ようにしてもよいし、或いは一旦全てのデータを取得し終わった後に減算処理を行う（つまりバッチ処理する）ようにしてもよい。
【００１２】
予備測定に引き続いて複数回の目的試料（同一試料又は異なる試料）の分析を行う場合には、カラム内壁に付着している残留成分は分析を繰り返すに伴い次第に減少することが多い。その場合、バックグラウンドノイズは次第に減少する筈であるから、上述のような減算処理に際してはこのようなことを考慮した演算を実行することが望ましい。
【００１３】
本発明に係る第２のクロマトグラフ質量分析装置では、予備測定の結果として取得されたクロマトグラム上に現れる１つのピークに対応する不純物成分をバックグラウンドノイズの影響度合を推定する基準として利用している。すなわち、ピーク検出手段は、分析対象のクロマトグラムにおいて上記基準ピークと同一成分に対するピーク（比較対象ピーク）を見つけ、修正手段は、基準ピークの強度に対する比較対象ピークの強度の減少度合を強度差又は強度比として求め、それに応じてノイズデータを修正する。そして、このように修正されたノイズデータを用いて上述のような減算処理を行う。この構成によれば、目的試料の分析の際に不純物成分が予備測定時よりも減少している場合には、各ノイズデータが例えば強度比に応じて縮小され、その縮小されたノイズデータが目的試料の分析データから差し引かれる。したがって、カラム内の残留成分の減少がノイズ除去に反映されるため、より正確なノイズ除去が達成される。なお、基準ピークとしては、ノイズデータを基に作成されるクロマトグラムの中で強度が最大となるピークを用いるとよい。
【００１４】
また、分析対象のクロマトグラムにおいて基準ピークと目的成分のピークとが重なってしまう場合に、誤ってバックグラウンドノイズの影響が大きいと判断しないようしておくことが望ましい。そこで、前記修正手段は、比較対象ピークの強度が基準ピークの強度を越えている場合には、その強度は基準ピークの強度と同一であると看做して処理を行うようにするとよい。
【００１５】
【発明の効果】
本発明のクロマトグラフ質量分析装置によれば、試料液中に試料成分が含まれていないということ以外、全く同一測定条件でもってバックグラウンドノイズが実測され、その保持時間及び質量数が対応するデータ毎にバックグラウンドノイズ分が差し引かれて、そのデータを基にマススペクトルやクロマトグラムが作成される。このため、カラム内の残留成分や溶媒に含まれる不純物などの影響を排除したマススペクトルやクロマトグラムを作成することができ、定性分析や定量分析の精度も高まる。
【００１６】
【実施例】
本発明に係るクロマトグラフ質量分析装置の一実施例であるＧＣ／ＭＳを図１〜図４を参照して説明する。
【００１７】
図１は、このＧＣ／ＭＳの全体構成図である。ＧＣ部１において、カラムオーブン４に内装されているカラム３の入口端には試料気化室２を中心とする試料注入部が設けられており、試料気化室２に注入された試料液は瞬時の間に気化しキャリアガスに乗ってカラム３内に導入される。気化試料がカラム３を通過する間に、該試料に含まれる各種成分は時間方向に分離されてカラム３出口端に到達する。通過の遅い成分の速度を速めるために、カラムオーブン４は所定の昇温プログラムに従ってカラム３を加熱する。
【００１８】
ＭＳ部５では、真空排気される分析室６内部に、イオン源７、イオンレンズ８、四重極フィルタ９、検出器１０などが配設されている。上記カラム３の出口端はイオン源７に接続されており、カラム３から順次流出する成分分子はイオン源７にて電子との衝突や化学反応などによってイオン化される。発生したイオンはイオン源７から飛び出し、イオンレンズ８により収束されると共に適度に加速され、四重極フィルタ９の長手方向の空間に導入される。
【００１９】
四重極フィルタ９には直流電圧と高周波電圧とを重畳した電圧が印加され、その印加電圧に応じた質量数（質量ｍ／電荷ｚ）を有するイオンのみが選択的に通過して検出器１０に到達する。四重極フィルタ９を通過するイオンの質量数は上記印加電圧に依存しているから、この印加電圧を走査することにより所定の質量範囲のイオン強度信号を検出器１０において得ることができる。
【００２０】
検出器１０の出力はパーソナルコンピュータを中心に構成されるデータ処理装置１１に入力されている。データ処理装置１１には、外部記憶装置１２、操作部１３、表示部１４が接続されている。データ処理装置１１は、検出器１０から取られた信号を外部記憶装置１２に蓄積するとともに、この信号を基に演算処理を実行しその結果を表示部１４に出力する。例えば、或る時点で上述のように質量走査を行った際のイオン強度を縦軸に、質量数を横軸にとることによりマススペクトルを作成する。所定時間間隔で繰り返し質量走査を行うと、カラム３から順次流出する各種成分に対応する多数のマススペクトルを取得することができる。
【００２１】
このようなマススペクトルを取得した後、或る質量数に着目して時間軸方向にイオン強度を展開して描出することによりマスクロマトグラムを得ることができる。また、マススペクトルを取得する毎にそのイオン強度の合計を算出し時間軸方向に展開して描出することによりトータルイオンクロマトグラムを得ることができる。更に、データ処理装置１１はこのようなクロマトグラムから目的成分を見つけ出し該成分の定量計算を行う。
【００２２】
上述のように検出器１０で得られる信号には種々のバックグラウンドノイズが含まれる。そこで、データ処理装置１１では検出信号に対してバックグラウンドノイズ除去処理を施した後に上述のような各種グラフの作成処理を実行する。
【００２３】
図２は、バックグラウンドノイズ除去処理に関する要部の構成図である。データ処理装置１１には、検出器１０から入力されるアナログ検出信号Ｓdをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部２０、外部記憶装置１２との間のデータの入出力を制御する入出力制御部２１、減算処理を実行する減算処理部２２、マススペクトル、マスクロマトグラム、トータルイオンクロマトグラムなどを作成すると共に各種解析処理を実行するデータ解析部２３などが含まれている。外部記憶装置１２には、バックグラウンドノイズを表すノイズデータを格納しておくためのノイズデータ記憶部２４と、バックグラウンドノイズ除去処理がなされた後のデータが格納されるスペクトルデータ記憶部２５とが含まれている。
【００２４】
以下、バックグラウンドノイズ除去処理動作を中心に本実施例のＧＣ／ＭＳの動作を図３及び図４を参照しながら説明する。
【００２５】
まず、目的とする試料の測定に先立って、バックグラウンドノイズデータをノイズデータ記憶部２４に蓄積する。そのためには、目的試料導入時に使用されるものと同一の溶媒を同一測定条件でもって分析する。すなわち、一定流量のキャリアガスを試料気化室２を介してカラム３に流しておき、所定のタイミングで溶媒のみから成る試料液を試料気化室２に注入する。一般に、気化した溶媒はカラム３中を迅速に通過しカラム３出口端に至るが、該溶媒中に不純物が混入していると、その不純物はカラム３を通過する際にカラム３内壁での吸着及び離脱を生じ、更には、複数の成分を含んでいる場合には時間的に分離されて、溶媒より遅れてカラム３出口端に到達する。また、カラム３内壁にそれ以前に分析した試料成分が残留している場合には、溶媒が通過する際にこの試料成分は揮発してカラム３出口方向へ運ばれる。
【００２６】
カラム３から流出するガスはＭＳ部５へ導入され、所定時間間隔で所定質量範囲に亘る質量走査が繰り返し行われる。これらのパラメータは予め使用者が設定することができるようになっており、例えば０．５秒間隔で０．１秒の走査時間の質量走査を行うものとすることができる。１回の質量走査の期間中、検出器１０で得られた検出信号ＳdはＡ／Ｄ変換部２０で所定時間間隔でもってサンプリングされてデジタルデータに変換され、入出力制御部２１を介してノイズデータ記憶部２４に順次記憶される。このときノイズデータＳnは、その質量走査時の保持時間（試料注入時点からの経過時間）及び質量数に関連付けて、つまりこれらのパラメータでもってアクセスできるようにノイズデータ記憶部２４に格納されてゆく。なお、ノイズデータ記憶部２４へノイズデータを書き込むと同時に該データをデータ解析部２３へと送り、バックグラウンドノイズのマススペクトルやクロマトグラムを作成して表示部１４の画面上に表示するようにしてもよい。
【００２７】
例えばバックグラウンドノイズのクロマトグラムを作成して描出すると、図３（ａ）に示すように、最も早く現れる溶媒によるピーク以外に不所望の各種成分によるピークが出現する。また、そのピークの発生している保持時間におけるマススペクトルを作成すると、図３（ｂ）に示すようになる。このようなノイズデータは全てノイズデータ記憶部２４に格納されているから、測定終了後であっても必要に応じて読み出してきてマススペクトルやクロマトグラムを描出することができる。
【００２８】
前述のような予備測定が終了すると、次に目的試料の測定が予備測定と同一の測定条件の下で実行される。このとき、目的の試料成分はカラム３中を通過する間に時間方向に分離されるが、それ以外にも溶媒に混入している不所望の成分も上記測定時と同様に分離される。また、カラム３内壁の残留成分は、通常、上述の１回の測定では完全に流出しないから、この測定時にも同じように溶媒に揮散してカラム３出口へ運ばれる。従って、カラム３から流出するガス中には試料成分と不所望の成分とを共に含んでいる。
【００２９】
このようなガスがＭＳ部５に導入されて上述のような質量走査が行われたとき、検出器１０で得られた検出信号ＳdはＡ／Ｄ変換部２０でデジタルデータに変換されて減算処理部２２へと順次入力される。また、このとき取得されたデータと同一の保持時間に対応するノイズデータＳnがノイズデータ記憶部２４から読み出され減算処理部２２へと入力される。減算処理部２２は、取得されたデータから同一質量数に対するノイズデータＳnを減算し、その減算結果をスペクトルデータＳuとしてスペクトルデータ記憶部２５へ格納する。もし、減算結果がマイナスとなる場合にはそのときのスペクトルデータＳuは０とする。
【００３０】
例えば目的試料の分析の際に得られたデータを基にクロマトグラムを作成した場合に図３（ｃ）に示すようになるものとし、図３（ｂ）と同一保持時間のマススペクトルが図３（ｄ）に示すようになるものとする。なお、このようなクロマトグラムやマススペクトルは実際に表示部１４の画面上に描出する必要はない。
【００３１】
上述のようなバックグラウンドノイズ除去処理によれば、各保持時間毎及び各質量数毎にスペクトルデータはバックグラウンドノイズデータが差し引かれたものとなるから、スペクトルデータＳuを基に作成されるマススペクトルは図４（ａ）に示すように、図３（ｄ）のマススペクトルから図３（ｂ）のマススペクトルを差し引いた形状となる。そして、このようなスペクトルデータを基に作成されるクロマトグラムは、図４（ｂ）に示すように図３（ｃ）のクロマトグラムから図３（ａ）のクロマトグラムを差し引いた形状となり、上述のような要因による不所望のピークは排除される。
【００３２】
なお、上記実施例では検出器１０で取得されたデータをそのままノイズデータとして蓄積していたが、所定の処理を施した後に蓄積するようにしてもよい。例えば、短時間に複数回の質量走査を行い、それによって得られた各質量数に対するデータをそれぞれ平均（又はそれに相当する処理）してスペクトルデータを求めるような場合には、そのような平均処理後のデータをノイズデータとして蓄積してもよい。このようにすれば、蓄積しておくべきデータ量を削減することができるとともに、突発的に生じたノイズの影響を軽減できる。
【００３３】
次に、本発明の他の実施例によるＧＣ／ＭＳを説明する。図５は、この実施例によるバックグラウンドノイズ除去処理に関する要部の構成図である。この実施例によるＧＣ／ＭＳでは、上記実施例のようにリアルタイムでバックグラウンドノイズ除去処理を実行することはできないので、分析対象である１乃至複数の目的試料の測定により取得したスペクトルデータ（ノイズ除去処理がなされていないデータ）を格納しておくスペクトルデータ記憶部２５と、ノイズ除去処理がなされたスペクトルデータを格納する修正スペクトルデータ記憶部２６とを外部記憶装置１２に備えている。
【００３４】
図６はこの実施例におけるバックグラウンドノイズ除去処理のフローチャート、図７はバックグラウンドノイズ除去処理の動作説明図である。以下、上記実施例における処理と相違する点を中心に、本実施例のバックグラウンドノイズ除去処理の動作を述べる。
【００３５】
上記実施例と同様に、目的とする試料の測定に先立って、目的試料導入時に使用されるものと同一の溶媒が同一測定条件でもって分析され、その結果であるバックグラウンドノイズデータがノイズデータ記憶部２４に蓄積される。その後、１乃至複数の目的試料の測定が予備測定と同一の測定条件の下で実行され、一旦スペクトルデータ記憶部２５に蓄積される。
【００３６】
バックグラウンドノイズ除去処理が開始されると、データ解析部２３は、ノイズデータ記憶部２４から順次ノイズデータＳnを読み出して図７（ａ）に示したようなクロマトグラムを作成する。そして、このクロマトグラムにおいてピーク検出を行い、溶媒のピークを除き、強度が最大となるピークを見つけ、そのピークの保持時間ｔaと強度Ｉaとを取得して記憶しておく（ステップＳ１）。
【００３７】
次に、データ解析部２３は、分析対象のスペクトルデータＳuをスペクトルデータ記憶部２５から順次読み出し、図７（ｂ）に示したようなクロマトグラムを作成する。そして、このクロマトグラムにおいて、上記保持時間ｔaに対して所定時間幅±Δｔをもって設定された時間範囲に存在する唯一のピークを見つけ、そのピークの強度Ｉｂを取得する（ステップＳ２）。このピークは目的試料に含まれる目的成分ではなく、残留成分による不所望のピークであると看做される。
【００３８】
次いで、データ解析部２３は、ピーク強度Ｉbと先のピーク強度Ｉaとの強度比Ｒを計算する（ステップＳ３）。このようなピークが残留成分によるものである場合、分析が進むに従い残留成分は徐々に溶媒に溶け出してその濃度は減少するから、ピークの強度は減少してゆくことが多い。したがって、通常、予備測定の直後に実行された測定では強度比Ｒは１に近く、時間的に後の測定になるほど強度比Ｒは０に近くなる筈である。しかしながら、万が一、ここで選択したピークが目的成分のピークに重なってしまった場合、強度Ｉbが強度Ｉaよりも大きくなる可能性もある。そこで、強度比Ｒが１以上であるか否かを判定し（ステップＳ４）、Ｒが１以上である場合にはＲを１に設定する（ステップＳ５）。すなわち、強度比Ｒは必ず１以下の値になるようにする。
【００３９】
このようにして強度比Ｒが決まったならば、減算処理部２２は、スペクトルデータＳuから、同一質量数及び同一保持時間に対応するノイズデータＳnに強度比Ｒを乗じた値を減算し、修正スペクトルデータＳu’として修正スペクトルデータ記憶部２６へ格納する（ステップＳ６）。もし、減算結果がマイナスとなる場合にはそのときの修正スペクトルデータＳu’は０とすればよい。データ解析部２３は、この修正スペクトルデータＳu’を用いてマススペクトルやクロマトグラムを作成し、表示部１４に描出する（ステップＳ７）。
【００４０】
このようなバックグラウンドノイズ除去処理によれば、そのノイズの主たる原因であるカラム中の残留成分が複数回の測定の過程で溶出して減少しているにも拘わらず、その影響が大きいものと推定して過剰な減算を行ってしまうことがなくなる。したがって、より正確にバックグラウンドノイズのみが除去される。
【００４１】
なお、上記説明では、予備測定によるクロマトグラム上で強度が最大となるピークを利用していたが、これは強度が減少した場合でも検出が容易であるからであって、必ずしも最大ピークである必要はない。例えば、図６に示すフローチャート中のステップＳ４において強度比Ｒが１以上である場合には、上述の如く目的試料に含まれる成分によるピークが重なっている可能性が高いから、このようなピークを用いてステップＳ４以降の処理を行うと正確性を欠く恐れがある。そこで、このような場合には、再びステップＳ１へ戻り、予備測定によるクロマトグラム上で強度が２番目に大きな次のピークを抽出し、そのピークを用いてステップＳ２以降の処理を実行するようにしてもよい。
【００４２】
なお、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行なえることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例であるＧＣ／ＭＳの全体構成図。
【図２】 本実施例におけるバックグラウンドノイズ除去処理に関する要部の構成図。
【図３】 本実施例におけるバックグラウンドノイズ除去処理の動作説明図。
【図４】 本実施例におけるバックグラウンドノイズ除去処理の動作説明図。
【図５】 本発明の他の実施例であるＧＣ／ＭＳにおけるバックグラウンドノイズ除去処理に関する要部の構成図。
【図６】 他の実施例におけるバックグラウンドノイズ除去処理のフローチャート。
【図７】 他の実施例におけるバックグラウンドノイズ除去処理の動作説明図。
【符号の説明】
１…ガスクロマトグラフ（ＧＣ）部
２…試料気化室
３…カラム
６…質量分析（ＭＳ）部
１０…検出器
１１…データ処理装置
１２…外部記憶装置
２０…Ａ／Ｄ変換部
２１…入出力制御部
２２…減算処理部
２３…データ解析部
２４…ノイズデータ記憶部
２５…スペクトルデータ記憶部
２６…修正スペクトルデータ記憶部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）や液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）などのクロマトグラフ質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＣ／ＭＳは、クロマトグラフカラムで試料成分を時間的に分離し、分離された各成分をそれぞれイオン化して質量数に応じて分離して検出する構成を有している。質量数を横軸に、検出したイオン強度を縦軸にとることによりマススペクトルが作成され、或る質量数に着目して時間（つまり試料成分の分離方向）を横軸に、イオン強度を縦軸にとることによりマスクロマトグラムが作成され、更には質量数を問わずに、時間を横軸に、イオン強度を縦軸にとることによりトータルイオンクロマトグラム（ＴＩＣ）が作成される。なお、以下の説明では特に明記しない限り、クロマトグラムとはトータルイオンクロマトグラムのことを指すものとする。
【０００３】
ＧＣ／ＭＳでは、カラムに導入された分析対象の試料成分の分子から生成したイオンのみを検出することが好ましいが、実際には、様々な原因によりマススペクトルには不所望のピークが現れる。これらはバックグラウンドノイズと総称されており、このようなノイズを目的試料成分によるピークであると誤って認識してしまうと定性分析や定量分析に支障をきたすため、信号処理によってこうしたバックグラウンドノイズを除去することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバックグラウンドノイズ除去の手法は次の通りである。通常、カラム入口に試料を注入した後、最も早くカラム出口に到達するのは溶媒であって、目的成分はそれから遅れて到達する。そこで、目的成分がカラムから溶出する前又は後（つまりクロマトグラム上でほぼベースラインとなっているとき）に取得されるマススペクトルデータをメモリに格納し、これをバックグラウンドノイズであるとして、目的成分が溶出する期間に順次取得されるマススペクトルデータから一様に減算している。
【０００５】
しかしながら、このような方法では、例えば以前に測定した試料成分がカラムに残存していて、次の測定時に溶媒中に溶け出して目的成分のピーク近傍に重なって溶出した場合、或いは、試料溶液中の溶媒自体に不純物が混合しており、その不純物によるピークが目的成分のピーク近傍に重なって溶出した場合に、そのような不所望のピークを除去することはできず、定性分析や定量分析の支障になることがある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、バックグラウンドノイズをより的確に排除して正確なクロマトグラムを得ることができるクロマトグラフ質量分析装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明に係る第１のクロマトグラフ質量分析装置は、
a)目的試料の測定に先立って、試料成分を含まない前記目的試料の導入時と同一の溶媒のみを導入して所定の測定条件下でクロマトグラフ質量分析を行うことにより得られたデータをノイズデータとして記憶しておく記憶手段と、
b)前記目的試料を導入して前記所定の測定条件下でクロマトグラフ質量分析を行うことにより得られたデータに対し、同一保持時間及び同一質量数におけるノイズデータを前記記憶手段から読み出して減算する演算手段と、
c)該演算手段により減算処理されたデータを基にマススペクトル又はクロマトグラムを作成するデータ処理手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係る第２のクロマトグラム質量分析装置は、上記第１のクロマトグラフ質量分析装置において、前記演算手段は、
b1)ノイズデータを基に作成されるクロマトグラムにおいて或る１つのピークを見つけて基準ピークとするピーク抽出手段と、
b2)目的試料の分析データを基に作成されるクロマトグラムにおいて前記基準ピークの保持時間近傍のピークである比較対象ピークを検出するピーク検出手段と、
b3)基準ピークと比較対象ピークとの強度差又は強度比に応じて前記ノイズデータを修正する修正手段と、
を含むことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明に係る第１のクロマトグラフ質量分析装置では、目的試料の測定に先立って、その目的試料の導入時と同一の溶媒を用い同一の測定条件でもって、少なくとも目的成分の溶出が終了すると想定されるまでの時間に亘って分析が実行される。そして、その結果得られたデータを保持時間及び質量数に対応付けて記憶手段に記憶させておく。このような予備測定によって得られるデータは、カラム内壁に付着している残留成分や溶媒に混入している不純物などによるピークを含むバックグラウンドノイズに関するデータである。
【００１０】
引き続いて目的試料がクロマトグラフ部に導入され、上記測定条件でもって分析が実行される。或る保持時間において質量分析部からデータが得られると、演算手段は、そのデータと保持時間及び質量数が同一であるノイズデータを記憶手段から読み出し、前者から後者を減算する。これにより、データ処理手段は、バックグラウンドノイズの影響を除去したマススペクトルやマスクロマトグラムを作成することができる。
【００１１】
なお、演算手段は、目的試料の分析途中で新しいデータが取得される毎に上記減算処理を行う（つまりリアルタイム処理する）ようにしてもよいし、或いは一旦全てのデータを取得し終わった後に減算処理を行う（つまりバッチ処理する）ようにしてもよい。
【００１２】
予備測定に引き続いて複数回の目的試料（同一試料又は異なる試料）の分析を行う場合には、カラム内壁に付着している残留成分は分析を繰り返すに伴い次第に減少することが多い。その場合、バックグラウンドノイズは次第に減少する筈であるから、上述のような減算処理に際してはこのようなことを考慮した演算を実行することが望ましい。
【００１３】
本発明に係る第２のクロマトグラフ質量分析装置では、予備測定の結果として取得されたクロマトグラム上に現れる１つのピークに対応する不純物成分をバックグラウンドノイズの影響度合を推定する基準として利用している。すなわち、ピーク検出手段は、分析対象のクロマトグラムにおいて上記基準ピークと同一成分に対するピーク（比較対象ピーク）を見つけ、修正手段は、基準ピークの強度に対する比較対象ピークの強度の減少度合を強度差又は強度比として求め、それに応じてノイズデータを修正する。そして、このように修正されたノイズデータを用いて上述のような減算処理を行う。この構成によれば、目的試料の分析の際に不純物成分が予備測定時よりも減少している場合には、各ノイズデータが例えば強度比に応じて縮小され、その縮小されたノイズデータが目的試料の分析データから差し引かれる。したがって、カラム内の残留成分の減少がノイズ除去に反映されるため、より正確なノイズ除去が達成される。なお、基準ピークとしては、ノイズデータを基に作成されるクロマトグラムの中で強度が最大となるピークを用いるとよい。
【００１４】
また、分析対象のクロマトグラムにおいて基準ピークと目的成分のピークとが重なってしまう場合に、誤ってバックグラウンドノイズの影響が大きいと判断しないようしておくことが望ましい。そこで、前記修正手段は、比較対象ピークの強度が基準ピークの強度を越えている場合には、その強度は基準ピークの強度と同一であると看做して処理を行うようにするとよい。
【００１５】
【発明の効果】
本発明のクロマトグラフ質量分析装置によれば、試料液中に試料成分が含まれていないということ以外、全く同一測定条件でもってバックグラウンドノイズが実測され、その保持時間及び質量数が対応するデータ毎にバックグラウンドノイズ分が差し引かれて、そのデータを基にマススペクトルやクロマトグラムが作成される。このため、カラム内の残留成分や溶媒に含まれる不純物などの影響を排除したマススペクトルやクロマトグラムを作成することができ、定性分析や定量分析の精度も高まる。
【００１６】
【実施例】
本発明に係るクロマトグラフ質量分析装置の一実施例であるＧＣ／ＭＳを図１〜図４を参照して説明する。
【００１７】
図１は、このＧＣ／ＭＳの全体構成図である。ＧＣ部１において、カラムオーブン４に内装されているカラム３の入口端には試料気化室２を中心とする試料注入部が設けられており、試料気化室２に注入された試料液は瞬時の間に気化しキャリアガスに乗ってカラム３内に導入される。気化試料がカラム３を通過する間に、該試料に含まれる各種成分は時間方向に分離されてカラム３出口端に到達する。通過の遅い成分の速度を速めるために、カラムオーブン４は所定の昇温プログラムに従ってカラム３を加熱する。
【００１８】
ＭＳ部５では、真空排気される分析室６内部に、イオン源７、イオンレンズ８、四重極フィルタ９、検出器１０などが配設されている。上記カラム３の出口端はイオン源７に接続されており、カラム３から順次流出する成分分子はイオン源７にて電子との衝突や化学反応などによってイオン化される。発生したイオンはイオン源７から飛び出し、イオンレンズ８により収束されると共に適度に加速され、四重極フィルタ９の長手方向の空間に導入される。
【００１９】
四重極フィルタ９には直流電圧と高周波電圧とを重畳した電圧が印加され、その印加電圧に応じた質量数（質量ｍ／電荷ｚ）を有するイオンのみが選択的に通過して検出器１０に到達する。四重極フィルタ９を通過するイオンの質量数は上記印加電圧に依存しているから、この印加電圧を走査することにより所定の質量範囲のイオン強度信号を検出器１０において得ることができる。
【００２０】
検出器１０の出力はパーソナルコンピュータを中心に構成されるデータ処理装置１１に入力されている。データ処理装置１１には、外部記憶装置１２、操作部１３、表示部１４が接続されている。データ処理装置１１は、検出器１０から取られた信号を外部記憶装置１２に蓄積するとともに、この信号を基に演算処理を実行しその結果を表示部１４に出力する。例えば、或る時点で上述のように質量走査を行った際のイオン強度を縦軸に、質量数を横軸にとることによりマススペクトルを作成する。所定時間間隔で繰り返し質量走査を行うと、カラム３から順次流出する各種成分に対応する多数のマススペクトルを取得することができる。
【００２１】
このようなマススペクトルを取得した後、或る質量数に着目して時間軸方向にイオン強度を展開して描出することによりマスクロマトグラムを得ることができる。また、マススペクトルを取得する毎にそのイオン強度の合計を算出し時間軸方向に展開して描出することによりトータルイオンクロマトグラムを得ることができる。更に、データ処理装置１１はこのようなクロマトグラムから目的成分を見つけ出し該成分の定量計算を行う。
【００２２】
上述のように検出器１０で得られる信号には種々のバックグラウンドノイズが含まれる。そこで、データ処理装置１１では検出信号に対してバックグラウンドノイズ除去処理を施した後に上述のような各種グラフの作成処理を実行する。
【００２３】
図２は、バックグラウンドノイズ除去処理に関する要部の構成図である。データ処理装置１１には、検出器１０から入力されるアナログ検出信号Ｓdをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部２０、外部記憶装置１２との間のデータの入出力を制御する入出力制御部２１、減算処理を実行する減算処理部２２、マススペクトル、マスクロマトグラム、トータルイオンクロマトグラムなどを作成すると共に各種解析処理を実行するデータ解析部２３などが含まれている。外部記憶装置１２には、バックグラウンドノイズを表すノイズデータを格納しておくためのノイズデータ記憶部２４と、バックグラウンドノイズ除去処理がなされた後のデータが格納されるスペクトルデータ記憶部２５とが含まれている。
【００２４】
以下、バックグラウンドノイズ除去処理動作を中心に本実施例のＧＣ／ＭＳの動作を図３及び図４を参照しながら説明する。
【００２５】
まず、目的とする試料の測定に先立って、バックグラウンドノイズデータをノイズデータ記憶部２４に蓄積する。そのためには、目的試料導入時に使用されるものと同一の溶媒を同一測定条件でもって分析する。すなわち、一定流量のキャリアガスを試料気化室２を介してカラム３に流しておき、所定のタイミングで溶媒のみから成る試料液を試料気化室２に注入する。一般に、気化した溶媒はカラム３中を迅速に通過しカラム３出口端に至るが、該溶媒中に不純物が混入していると、その不純物はカラム３を通過する際にカラム３内壁での吸着及び離脱を生じ、更には、複数の成分を含んでいる場合には時間的に分離されて、溶媒より遅れてカラム３出口端に到達する。また、カラム３内壁にそれ以前に分析した試料成分が残留している場合には、溶媒が通過する際にこの試料成分は揮発してカラム３出口方向へ運ばれる。
【００２６】
カラム３から流出するガスはＭＳ部５へ導入され、所定時間間隔で所定質量範囲に亘る質量走査が繰り返し行われる。これらのパラメータは予め使用者が設定することができるようになっており、例えば０．５秒間隔で０．１秒の走査時間の質量走査を行うものとすることができる。１回の質量走査の期間中、検出器１０で得られた検出信号ＳdはＡ／Ｄ変換部２０で所定時間間隔でもってサンプリングされてデジタルデータに変換され、入出力制御部２１を介してノイズデータ記憶部２４に順次記憶される。このときノイズデータＳnは、その質量走査時の保持時間（試料注入時点からの経過時間）及び質量数に関連付けて、つまりこれらのパラメータでもってアクセスできるようにノイズデータ記憶部２４に格納されてゆく。なお、ノイズデータ記憶部２４へノイズデータを書き込むと同時に該データをデータ解析部２３へと送り、バックグラウンドノイズのマススペクトルやクロマトグラムを作成して表示部１４の画面上に表示するようにしてもよい。
【００２７】
例えばバックグラウンドノイズのクロマトグラムを作成して描出すると、図３（ａ）に示すように、最も早く現れる溶媒によるピーク以外に不所望の各種成分によるピークが出現する。また、そのピークの発生している保持時間におけるマススペクトルを作成すると、図３（ｂ）に示すようになる。このようなノイズデータは全てノイズデータ記憶部２４に格納されているから、測定終了後であっても必要に応じて読み出してきてマススペクトルやクロマトグラムを描出することができる。
【００２８】
前述のような予備測定が終了すると、次に目的試料の測定が予備測定と同一の測定条件の下で実行される。このとき、目的の試料成分はカラム３中を通過する間に時間方向に分離されるが、それ以外にも溶媒に混入している不所望の成分も上記測定時と同様に分離される。また、カラム３内壁の残留成分は、通常、上述の１回の測定では完全に流出しないから、この測定時にも同じように溶媒に揮散してカラム３出口へ運ばれる。従って、カラム３から流出するガス中には試料成分と不所望の成分とを共に含んでいる。
【００２９】
このようなガスがＭＳ部５に導入されて上述のような質量走査が行われたとき、検出器１０で得られた検出信号ＳdはＡ／Ｄ変換部２０でデジタルデータに変換されて減算処理部２２へと順次入力される。また、このとき取得されたデータと同一の保持時間に対応するノイズデータＳnがノイズデータ記憶部２４から読み出され減算処理部２２へと入力される。減算処理部２２は、取得されたデータから同一質量数に対するノイズデータＳnを減算し、その減算結果をスペクトルデータＳuとしてスペクトルデータ記憶部２５へ格納する。もし、減算結果がマイナスとなる場合にはそのときのスペクトルデータＳuは０とする。
【００３０】
例えば目的試料の分析の際に得られたデータを基にクロマトグラムを作成した場合に図３（ｃ）に示すようになるものとし、図３（ｂ）と同一保持時間のマススペクトルが図３（ｄ）に示すようになるものとする。なお、このようなクロマトグラムやマススペクトルは実際に表示部１４の画面上に描出する必要はない。
【００３１】
上述のようなバックグラウンドノイズ除去処理によれば、各保持時間毎及び各質量数毎にスペクトルデータはバックグラウンドノイズデータが差し引かれたものとなるから、スペクトルデータＳuを基に作成されるマススペクトルは図４（ａ）に示すように、図３（ｄ）のマススペクトルから図３（ｂ）のマススペクトルを差し引いた形状となる。そして、このようなスペクトルデータを基に作成されるクロマトグラムは、図４（ｂ）に示すように図３（ｃ）のクロマトグラムから図３（ａ）のクロマトグラムを差し引いた形状となり、上述のような要因による不所望のピークは排除される。
【００３２】
なお、上記実施例では検出器１０で取得されたデータをそのままノイズデータとして蓄積していたが、所定の処理を施した後に蓄積するようにしてもよい。例えば、短時間に複数回の質量走査を行い、それによって得られた各質量数に対するデータをそれぞれ平均（又はそれに相当する処理）してスペクトルデータを求めるような場合には、そのような平均処理後のデータをノイズデータとして蓄積してもよい。このようにすれば、蓄積しておくべきデータ量を削減することができるとともに、突発的に生じたノイズの影響を軽減できる。
【００３３】
次に、本発明の他の実施例によるＧＣ／ＭＳを説明する。図５は、この実施例によるバックグラウンドノイズ除去処理に関する要部の構成図である。この実施例によるＧＣ／ＭＳでは、上記実施例のようにリアルタイムでバックグラウンドノイズ除去処理を実行することはできないので、分析対象である１乃至複数の目的試料の測定により取得したスペクトルデータ（ノイズ除去処理がなされていないデータ）を格納しておくスペクトルデータ記憶部２５と、ノイズ除去処理がなされたスペクトルデータを格納する修正スペクトルデータ記憶部２６とを外部記憶装置１２に備えている。
【００３４】
図６はこの実施例におけるバックグラウンドノイズ除去処理のフローチャート、図７はバックグラウンドノイズ除去処理の動作説明図である。以下、上記実施例における処理と相違する点を中心に、本実施例のバックグラウンドノイズ除去処理の動作を述べる。
【００３５】
上記実施例と同様に、目的とする試料の測定に先立って、目的試料導入時に使用されるものと同一の溶媒が同一測定条件でもって分析され、その結果であるバックグラウンドノイズデータがノイズデータ記憶部２４に蓄積される。その後、１乃至複数の目的試料の測定が予備測定と同一の測定条件の下で実行され、一旦スペクトルデータ記憶部２５に蓄積される。
【００３６】
バックグラウンドノイズ除去処理が開始されると、データ解析部２３は、ノイズデータ記憶部２４から順次ノイズデータＳnを読み出して図７（ａ）に示したようなクロマトグラムを作成する。そして、このクロマトグラムにおいてピーク検出を行い、溶媒のピークを除き、強度が最大となるピークを見つけ、そのピークの保持時間ｔaと強度Ｉaとを取得して記憶しておく（ステップＳ１）。
【００３７】
次に、データ解析部２３は、分析対象のスペクトルデータＳuをスペクトルデータ記憶部２５から順次読み出し、図７（ｂ）に示したようなクロマトグラムを作成する。そして、このクロマトグラムにおいて、上記保持時間ｔaに対して所定時間幅±Δｔをもって設定された時間範囲に存在する唯一のピークを見つけ、そのピークの強度Ｉｂを取得する（ステップＳ２）。このピークは目的試料に含まれる目的成分ではなく、残留成分による不所望のピークであると看做される。
【００３８】
次いで、データ解析部２３は、ピーク強度Ｉbと先のピーク強度Ｉaとの強度比Ｒを計算する（ステップＳ３）。このようなピークが残留成分によるものである場合、分析が進むに従い残留成分は徐々に溶媒に溶け出してその濃度は減少するから、ピークの強度は減少してゆくことが多い。したがって、通常、予備測定の直後に実行された測定では強度比Ｒは１に近く、時間的に後の測定になるほど強度比Ｒは０に近くなる筈である。しかしながら、万が一、ここで選択したピークが目的成分のピークに重なってしまった場合、強度Ｉbが強度Ｉaよりも大きくなる可能性もある。そこで、強度比Ｒが１以上であるか否かを判定し（ステップＳ４）、Ｒが１以上である場合にはＲを１に設定する（ステップＳ５）。すなわち、強度比Ｒは必ず１以下の値になるようにする。
【００３９】
このようにして強度比Ｒが決まったならば、減算処理部２２は、スペクトルデータＳuから、同一質量数及び同一保持時間に対応するノイズデータＳnに強度比Ｒを乗じた値を減算し、修正スペクトルデータＳu’として修正スペクトルデータ記憶部２６へ格納する（ステップＳ６）。もし、減算結果がマイナスとなる場合にはそのときの修正スペクトルデータＳu’は０とすればよい。データ解析部２３は、この修正スペクトルデータＳu’を用いてマススペクトルやクロマトグラムを作成し、表示部１４に描出する（ステップＳ７）。
【００４０】
このようなバックグラウンドノイズ除去処理によれば、そのノイズの主たる原因であるカラム中の残留成分が複数回の測定の過程で溶出して減少しているにも拘わらず、その影響が大きいものと推定して過剰な減算を行ってしまうことがなくなる。したがって、より正確にバックグラウンドノイズのみが除去される。
【００４１】
なお、上記説明では、予備測定によるクロマトグラム上で強度が最大となるピークを利用していたが、これは強度が減少した場合でも検出が容易であるからであって、必ずしも最大ピークである必要はない。例えば、図６に示すフローチャート中のステップＳ４において強度比Ｒが１以上である場合には、上述の如く目的試料に含まれる成分によるピークが重なっている可能性が高いから、このようなピークを用いてステップＳ４以降の処理を行うと正確性を欠く恐れがある。そこで、このような場合には、再びステップＳ１へ戻り、予備測定によるクロマトグラム上で強度が２番目に大きな次のピークを抽出し、そのピークを用いてステップＳ２以降の処理を実行するようにしてもよい。
【００４２】
なお、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行なえることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例であるＧＣ／ＭＳの全体構成図。
【図２】 本実施例におけるバックグラウンドノイズ除去処理に関する要部の構成図。
【図３】 本実施例におけるバックグラウンドノイズ除去処理の動作説明図。
【図４】 本実施例におけるバックグラウンドノイズ除去処理の動作説明図。
【図５】 本発明の他の実施例であるＧＣ／ＭＳにおけるバックグラウンドノイズ除去処理に関する要部の構成図。
【図６】 他の実施例におけるバックグラウンドノイズ除去処理のフローチャート。
【図７】 他の実施例におけるバックグラウンドノイズ除去処理の動作説明図。
【符号の説明】
１…ガスクロマトグラフ（ＧＣ）部
２…試料気化室
３…カラム
６…質量分析（ＭＳ）部
１０…検出器
１１…データ処理装置
１２…外部記憶装置
２０…Ａ／Ｄ変換部
２１…入出力制御部
２２…減算処理部
２３…データ解析部
２４…ノイズデータ記憶部
２５…スペクトルデータ記憶部
２６…修正スペクトルデータ記憶部
Claims (2)
- a)目的試料の測定に先立って、試料成分を含まない前記目的試料の導入時と同一の溶媒のみを導入して所定の測定条件下でクロマトグラフ質量分析を行うことにより得られたデータをノイズデータとして記憶しておく記憶手段と、
b)前記目的試料を導入して前記所定の測定条件下でクロマトグラフ質量分析を行うことにより得られたデータに対し、同一保持時間及び同一質量数におけるノイズデータを前記記憶手段から読み出して減算する演算手段と、
c)該演算手段により減算処理されたデータを基にマススペクトル又はクロマトグラムを作成するデータ処理手段と、
を備えることを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置。 - 前記演算手段は、
b1)ノイズデータを基に作成されるクロマトグラムにおいて或る１つのピークを見つけて基準ピークとするピーク抽出手段と、
b2)目的試料の分析データを基に作成されるクロマトグラムにおいて前記基準ピークの保持時間近傍のピークである比較対象ピークを検出するピーク検出手段と、
b3)基準ピークと比較対象ピークとの強度差又は強度比に応じて前記ノイズデータを修正する修正手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ質量分析装置。
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